Yeni fizik yolda!

Yeni fizik yolda!

Yeni fizik yolda!
CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda varılan enerji düzeyleri, fizik kitaplarının yeni baştan yazılmasına yol açabilir.

Çok sayıda kıyamet teorisine konu olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı yüzyılın en büyük deneyi olarak kabul ediliyor.
Raşit GÜRDİLEK
ntvmsnbc

Avrupa Nükleer Araştırmalar Merkezi CERN’in kontrol odası, 30 Mart 2010 günü içerideki bilimci, mühendis, teknisyen ve medya temsilcilerinin sevinç çığlıklarıyla bir kez daha çınladı. Dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (Large Hadron Collider – LHC), ilk açılışını fiyaskoyla sonuçlandırılan arızanın 6 ay sürede giderilmesinin ve ihtiyatlı ön deneylerin verdiği güvenle, protonları rekor enerji düzeyinde çarpıştırmaya başladı.
İsviçre-Fransa sınırında yerin 100 metre altındaki tünelde proton demetleri, süperiletken mıknatıslarca ters yönlerde (boşlukta saniyede 300.000 km yol alan) ışığın hızının eşiğine (%99,999999’una) kadar hızlandırıldıktan sonra kafa kafaya çarpıştırılmaya başlandı. Bu çarpışmalarda ortaya çıkan enerji düzeylerinde, 13,7 milyar yıl önce evreni ortaya çıkaran Büyük Patlama’dan sonraki ilk anlarda varolduğu düşünülen büyük kütleli parçacıkların kendilerini göstereceği umuluyor. Bu parçacıkların, 50 yıldır evreni oluşturan maddenin en azından bir kısmını başarıyla açıklayan Standart Model adlı kuramın eksik kalan bölümlerini tamamlayacağı umuluyor.
Bu parçacıkların başında, tüm öteki parçacıklara kütlelerini kazandırdığı düşünüldüğü için fizikçilerin şaka yollu “tanrı parçacığı” diye adlandırdıkları “Higgs bozonu” geliyor.


LHC’nin oluşturacağı enerjilerde ayrıca Standart Model’e rakip süpersimetri adlı bir kuramın öngördüğü parçaların da ortaya çıkabileceği umuluyor. Deneyin bir önemli hedefi de Einstein’ın genel görelilik kuramının öngörülerine uygun olarak mikroskopik ölçekte karadeliklerin ortaya çıkıp çıkmayacağını gözlemek.
LHC’nin 10 Eylül 2009’da ilk açılışından dokuz gün sonra, süperiletken mıknatıslar arasındaki elektrik bağlantılarının arızalanmasıyla meydana gelen soğutucu kaybıyla sonuçlanan arıza, CERN yetkililerini hedeflere ulaşmakta çok aceleci davranmama konusunda eğitmiş bulunuyor. LHC, ters yönlerde hareket eden protonların her birini 7 trilyon elektronvolt (7 TeV) düzeyine kadar hızlandırıp 4 Ayrı devasa detektör içinde kafa kafaya gerçekleşen ender çarpışmalarda toplam 14 TeV enerji düzeyi elde etmek üzere tasarlanmış bulunuyor.
Ancak, şimdiye kadarki aksaklıklardan ağzı yanan yetkililer, çarpışma enerjilerini 2011 yılının sonuna kadar maksimum kapasitenin yarısında, yani 7 TeV düzeyiyle sınırlı tutacaklar. Hızlandırıcı, 2012 yılındaysa tümüyle kapatılarak, gerekli görülen teknik iyileştirmeler yapılacak ve 2013’ten itibaren tam kapasiteyle çalışmaya başlayacak.
Zaten, bu büyük makinenin devreye girmesinin ve fizikte vaadettiği yepyeni açılımların yarattığı heyecana rağmen, sonuçların incelenmesi ve açıklanması daha uzun yıllar alacak.
O halde şimdilik yapabileceğimiz LHC’nin detaylarına ve akla getirdiği sorulara daha yakından ve kısa başlıklar altında göz atmak.
SAYILARLA LHC
Proton hızı: Işık hızının %99,9999991’i Her kümedeki proton sayısı: 100 milyara kadar Her saniye biribiri içinden geçen küme sayısı: 4 istasyonda 31 milyon kadarKümelerin birbiri içinden her geçişinde çarpışma sayısı: 20’ye kadarÇarpışma başına veri: Yaklaşık 1,5 megabyte Higgs Parçacığı Sayısı: Her 2.5 saniyede 1 (tavan parlaklık ve Higgs ile ilgili varsayımlar veri kabul edildiğinde)
NASIL ÇALIŞACAK? LHC’de süperiletkenlik kazanmaları için sıvı helyumla -271 santigrat dereceye kadar soğutulmuş 7000 mıknatıs, önce proton demetlerini ışık hızının eşiğine kadar getirip odaklayacak. Bu demetlerin fizik dilinde “parlaklık” (luminosity) denen yoğunluğu, şimdiye kadar erişilebilmiş düzeyin 40 katı.
Protonlar, hızlandırıcı halkasında yaklaşık 3000 küme halinde yol alacaklar. Her biri yaklaşık 100 milyar proton içerecek olan kümeler, çarpışma noktalarına bir iğne boyutlarında ulaşacak: birkaç cm uzunluğunda ve ince bir insan saçı kalınlığında. Halkanın değişik yerlerine kurulu 4 dev detektör içindeki çarpışma noktalarında saniyede 600 çarpışma olacak.
“OLAYLAR” NASIL GÖZLENECEK?LHC’de her biri farklı hedeflere odaklı ATLAS, ALICE, CMS (Compact Muon Selenoid) ve LHCb adlı dört detektör bulunuyor. Birer apartman boyutlarındaki bu detektörler, merkezlerinde iki protonun çarpışmasıyla oluşacak enerji topunda ortaya çıkacak binlerce parçacığı izleyip enerjilerine ve izledikleri yollara göre sınıflandıracak.
VERİLER NASIL TOPLANACAK?En büyük iki detektörün her biri 100 milyon veri kanalına sahip. Bunların sağlayacağı veri saniyede 100.000 CD dolduracak hacimde. Bunların üst üste konulması durumunda boyunun alta ayda Ay’a ulaşacağı uzmanlarca belirtiliyor.
Dolayısıyla incelenmeye değer çarpışmaları alelade olanlardan ayırt edebilmek için çok katmanlı bir veri süzme sistemi kurulmuş durumda. Süzülmüş veriler, analiz edilmek üzere dünyanın her tarafından binlerce fizikçinin kişisel bilgisayarlarından oluşan bir ağa gönderiliyor.
İLGİLİ HABER
Tarihin en büyük deneyi başarılı!Görünmezlik yolunda görünür adımDünya kabuğunda anti-madde bulunduCERN'de kara delik oluşur mu?
LHC NEDEN BU KADAR GÜÇLÜ?Protonlar, tanıdığımız (hadronik) maddenin temel yapıtaşları olan kuark adlı madde parçacıklarıyla (bunlara fermiyon deniyor), bunları bir arada tutan gluon adlı kuvvet taşıyan “bozon” türünden parçacıklardan oluşuyor. Durağan kütlesi (Einstein’ın ünlü E=Mc2 formülüyle açıkladığı madde-enerji eşitliği uyarınca) 1 milyar elektronvolt olan protonları, aslında sabit birkaçı hariç sürekli ortaya çıkıp kaybolan kuark ve gluonlardan oluşmuş bir gökada gibi düşünmek mümkün. Hızlandırıcılarda meydana gelen çarpışmalarda da aslında çarpışan bu kuark ve gluonlar. Dolayısıyla LHC’de meydana gelecek çarpışmaların en şiddetlileri olan tam kafa kafaya çarpışmalarda protonların taşıdığı enerjinin toplamının, (7+7 = 14 TeV) ancak yedide biri, yani 2 TeV serbest kalacak ve ortaya çıkacak parçacıklar bu enerji düzeyinde ortaya çıkacak.
LHC’NİN RAKİBİ KİM?Parçacık fiziği alanında CERN’in Atlantik ötesindeki en büyük rakibi, fizikte büyük buluşlara imza atmış olan Chicago yakınlarında kurulu Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı, ya da kısa adıyla “Fermilab”.
Fermilab, kuşkusuz bir Nobel Ödülü getirecek olan Higgs bozonunu bulma yarışını, emekliliğini ertelediği Tevatron adlı emektar hızlandırıcısıyla sürdürüyor.
Şimdiye kadar en güçlü çarpıştırıcı olma onuruna sahip olan Tevatron, protonları 1 trilyon elektronvolt (1 TeV) enerji düzeyine kadar hızlandırabiliyor. Asıl dikkate alınanın protonlar içindeki kuark ve gluonlar arasındaki çarpışmalar olduğundan Tevatron, protonları toplam 2 TeV enerji düzeyinde çarpıştırmasına rağmen, ortaya çıkan parçacıkları teraelektronvolt (trilyon elektronvolt) düzeyde inceleyebilmek için gereken enerjinin beşte birine ulaşabiliyor.
DEVAMI: “HİGGS BOZONU” NEDEN BU KADAR ÖNEMLİ?